KR102114784B1 - Microspheres - Google Patents
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Abstract
본 발명은 추진제가 캡슐화된 에틸렌계 불포화 모노머로부터 제조되는 폴리머 쉘을 포함하는 열 팽창성 열가소성 미소구체에 관한 것으로서, 상기 에틸렌계 불포화 모노머는 메타크릴아미드 21 중량% 내지 80 중량% 및 메타크릴로니트릴 20 중량% 내지 70 중량%를 포함하며, 상기 메타크릴아미드와 상기 메타크릴로니트릴의 총량은 에틸렌계 불포화 모노머의 70 중량% 내지 100 중량%이다. 더욱이, 본 발명은 이러한 미소구체의 제조 및 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a thermally expandable thermoplastic microsphere comprising a polymer shell made from an ethylenically unsaturated monomer encapsulated with a propellant, wherein the ethylenically unsaturated monomer comprises 21% to 80% by weight of methacrylamide and 20% of methacrylonitrile. It contains 70% by weight to 70% by weight, the total amount of the methacrylamide and the methacrylonitrile is 70% to 100% by weight of the ethylenically unsaturated monomer. Moreover, the present invention relates to the production and use of such microspheres.
Description
본 발명은 열 팽창성 열가소성 미소구체, 이의 제조 및 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a thermally expandable thermoplastic microsphere, its manufacture and use.
추진제가 캡슐화된 열가소성 폴리머 쉘을 포함하는 팽창성 열가소성 미소구체는 상표명 EXPANCEL®로 시판되고 있으며, 여러 가지 다수의 용도들에서 발포제로서 사용된다.Expandable thermoplastic microspheres comprising a thermoplastic polymer shell encapsulated with a propellant are sold under the trade name EXPANCEL ® and are used as blowing agents in many different applications.
이러한 미소구체에서, 추진제는 통상 비점이, 열가소성 폴리머 쉘의 연화점(softening temperature)보다 높은 액체이다. 가열 시, 추진제가 증발되어, 쉘이 연화됨과 동시에 내압이 증가됨으로써 미소구체가 상당히 팽창되게 된다. 팽창이 시작되는 온도를 Tstart라고 하며, 최대 팽창에 도달하는 온도를 Tmax라고 한다. 팽창성 미소구체는 건조 자유 유동 입자, 수성 슬러리 또는 부분 탈수된 습식-케이크와 같은 다양한 형태로 판매되고 있다.In these microspheres, the propellant is usually a liquid having a boiling point higher than the softening temperature of the thermoplastic polymer shell. Upon heating, the propellant evaporates, causing the shell to soften and at the same time increase the internal pressure, causing the microspheres to expand significantly. The temperature at which expansion begins is called T start , and the temperature at which maximum expansion is reached is called T max . Expandable microspheres are sold in various forms, such as dry free flowing particles, aqueous slurries or partially dehydrated wet-cakes.
팽창성 미소구체는 추진제의 존재 하에, 에틸렌계 불포화 모노머를 중합함으로써 제조할 수 있다. 통상, 모노머는 주로, 1개의 탄소-탄소 이중 결합을 가진 모노머를 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 가진 소량의 가교 모노머와 함께 포함한다. 다양한 팽창성 미소구체 및 이들의 제조에 대한 상세한 설명은 예를 들어, 미국 특허 3615972, 3945956, 4287308, 5536756, 6235800, 6235394 및 6509384, 6617363 및 6984347, 미국 특허 출원 공개 US 2004/0176486 및 2005/0079352, EP 486080, EP 1230975, EP 1288272, EP 1598405, EP 1811007 및 EP 1964903, WO 2002/096635, WO 2004/072160, WO 2007/091960, WO 2007/091961 및 WO 2007/142593, 및 JP 공개 번호 1987-286534 및 2005-272633에서 찾을 수 있다. Expandable microspheres can be prepared by polymerizing ethylenically unsaturated monomers in the presence of a propellant. Usually, the monomer mainly includes a monomer having one carbon-carbon double bond together with a small amount of a crosslinking monomer having two or more carbon-carbon double bonds. Detailed descriptions of the various expandable microspheres and their preparation can be found, for example, in U.S. Pat. EP 486080, EP 1230975, EP 1288272, EP 1598405, EP 1811007 and EP 1964903, WO 2002/096635, WO 2004/072160, WO 2007/091960, WO 2007/091961 and WO 2007/142593, and JP Publication No. 1987-286534 And 2005-272633.
팽창성 미소구체의 한 가지 주요 용도는 예를 들어 사출 성형 및 압출 성형에서 폴리머 물질을 가공하기 위한 발포제로서이다. 일부 경우, 예를 들어, 미소구체를 장기간 고온에서 폴리머와 함께 가공하는 경우, 높은 팽창 온도와 더불어 팽창 후 높은 열 안정성을 가진 미소구체가 바람직하다. 또한 바람직하게는, 광범위한 팽창 범위(window)를 가진 미소구체를 사용하여, 가공하는 동안 미소구체 조성물을 재-제형(reformulate)하지 않고도 미소구체를 여러 가지 온도에서 사용할 수 있다. 이로써, 소정의 물질의 발포를 최적화하는 경우 미소구체의 최종 사용자는 공정 조건을 설계하는데 좀 더 자유로워질 것이다.One major use of expandable microspheres is, for example, as a blowing agent for processing polymeric materials in injection molding and extrusion molding. In some cases, for example, when microspheres are processed with a polymer at high temperature for a long period of time, microspheres having high thermal stability after expansion and high thermal stability are preferred. Also preferably, the microspheres can be used at various temperatures without reforming the microsphere composition during processing using microspheres with a wide range of expansion. This will allow the end user of the microspheres to be more free in designing process conditions when optimizing foaming of a given material.
EP 1508604, EP 1577359 및 EP 1964903은, 폴리머 쉘에 상당량의 메타크릴산 모노머를 포함시켜 제조되는, 높은 팽창 온도를 가진 미소구체를 개시하고 있다. EP 1508604, EP 1577359 and EP 1964903 disclose microspheres with high expansion temperatures, which are prepared by including a significant amount of methacrylic acid monomer in a polymer shell.
팽창 온도가 높은 미소구체가 수득될 수 있더라도, 메타크릴산 모노머는 여전히 제조 방법을 복잡하게 한다. 예를 들어, 메타크릴산은 수용성이 우수하며, 제조 조건에는 낮은 pH, 수상의 다량의 염, 및 중합 슬러리에서의 응집물 및 덩어리를 방지하기 위한 수용성 저해제가 요구된다. 낮은 pH 및 염은 중합 반응기에서 부식 문제를 유발할 수 있다. 염을 용해시킬 수 있기 위해서는 더 높은 비율의 수상/유기상이 필요하므로, 다량의 염은 또한 배치 당 생성되는 미소구체의 양을 감소시킨다.Although microspheres with high expansion temperatures can be obtained, methacrylic acid monomers still complicate the manufacturing process. For example, methacrylic acid is excellent in water solubility, and manufacturing conditions require a low pH, a large amount of salt in the aqueous phase, and a water-soluble inhibitor to prevent agglomerates and clumps in the polymerization slurry. Low pH and salt can cause corrosion problems in the polymerization reactor. Since a higher proportion of the aqueous / organic phase is required to be able to dissolve the salt, large amounts of salt also reduce the amount of microspheres produced per batch.
본 발명의 목적은 팽창 온도가 높은 팽창성 미소구체를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an expandable microsphere with a high expansion temperature.
본 발명의 또 다른 목적은 광범위한 팽창 범위를 가진 팽창성 미소구체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide expandable microspheres having a wide range of expansion.
본 발명의 보다 다른 목적은 고온에서 우수한 부피 체류율(volume retention)을 가진 팽창된 미소구체를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide expanded microspheres having excellent volume retention at high temperatures.
놀랍게도, 폴리머 쉘이 주요 구성분으로서 메타크릴아미드와 메타크릴로니트릴의 코폴리머인 팽창성 미소구체를 제공함으로써 이들 목적 중 하나 이상을 충족시킬 수 있다는 것을 확인하였다.Surprisingly, it has been found that polymer shells can fulfill one or more of these objectives by providing expandable microspheres, which are copolymers of methacrylamide and methacrylonitrile as main components.
본 발명의 일 측면은, 추진제가 캡슐화된 에틸렌계 불포화 모노머로부터 제조되는 폴리머 쉘을 포함하는 열 팽창성 열가소성 미소구체에 관한 것으로서, 상기 에틸렌계 불포화 모노머는 메타크릴아미드 21 중량% 내지 80 중량% 및 메타크릴로니트릴 20 중량% 내지 70 중량%를 포함하며, 메타크릴아미드와 메타크릴로니트릴의 총량은 에틸렌계 불포화 모노머의 70 중량% 내지 100 중량%이다.One aspect of the present invention relates to a thermally expandable thermoplastic microsphere comprising a polymer shell made from an ethylenically unsaturated monomer encapsulated with a propellant, wherein the ethylenically unsaturated monomer is from 21 to 80% by weight of methacrylamide and meta. 20% to 70% by weight of acrylonitrile, and the total amount of methacrylamide and methacrylonitrile is 70% to 100% by weight of the ethylenically unsaturated monomer.
본 발명의 또 다른 측면은, 에틸렌계 불포화 모노머를 추진제의 존재 하에 중합하여, 상기 추진제가 캡슐화된 폴리머 쉘을 포함하는 미소구체를 수득하는 단계를 포함하는, 열 팽창성 미소구체의 제조 방법에 관한 것으로서, 상기 에틸렌계 불포화 모노머는 메타크릴아미드 21 중량% 내지 80 중량% 및 메타크릴로니트릴 20 중량% 내지 70 중량%를 포함하며, 메타크릴아미드와 메타크릴로니트릴의 총량은 에틸렌계 불포화 모노머의 70 중량% 내지 100 중량%이다. Another aspect of the present invention relates to a method for producing a thermally expandable microsphere, comprising polymerizing an ethylenically unsaturated monomer in the presence of a propellant to obtain a microsphere comprising a polymer shell encapsulated by the propellant. , The ethylenically unsaturated monomer comprises 21% to 80% by weight of methacrylamide and 20% to 70% by weight of methacrylonitrile, and the total amount of methacrylamide and methacrylonitrile is 70% of the ethylenically unsaturated monomer. Weight percent to 100 weight percent.
본 발명의 보다 다른 측면은, 본 발명의 팽창성 미소구체를 팽창시킴으로써 수득되는 팽창된 미소구체에 관한 것이다.Another aspect of the invention relates to expanded microspheres obtained by expanding the expandable microspheres of the invention.
본 발명의 추가적인 측면은, 본 발명의 열 팽창성 미소구체의 발포제로서의 용도에 관한 것이다.A further aspect of the invention relates to the use of the thermally expandable microspheres of the invention as blowing agents.
본 발명의 보다 추가적인 측면은, 열가소성 폴리머 매트릭스 및 본 발명의 팽창성 미소구체를 포함하는 팽창성 제형, 및 이러한 제형의 제조에 관한 것이다.A further aspect of the invention relates to expandable formulations comprising a thermoplastic polymer matrix and the expandable microspheres of the invention, and to the manufacture of such formulations.
이들 측면 및 다른 측면들은 보다 상세히 후술할 것이다.These and other aspects will be described in more detail below.
에틸렌계 불포화 모노머는 바람직하게는 메타크릴아미드를 30 중량% 내지 80 중량%, 31 중량% 내지 80 중량%, 30 중량% 내지 70 중량%, 또는 40 중량% 내지 60 중량% 포함한다. 더욱이, 에틸렌계 불포화 모노머는 바람직하게는 메타크릴로니트릴을 30 중량% 내지 65 중량%, 30 중량% 내지 60 중량%, 또는 40 중량% 내지 60 중량% 포함한다.The ethylenically unsaturated monomer preferably contains 30% to 80% by weight of methacrylamide, 31% to 80% by weight, 30% to 70% by weight, or 40% to 60% by weight. Moreover, the ethylenically unsaturated monomer preferably contains 30% to 65% by weight, 30% to 60% by weight, or 40% to 60% by weight of methacrylonitrile.
메타크릴아미드와 메타크릴로니트릴의 총량은 에틸렌계 불포화 모노머의 80 중량% 내지 100 중량%, 90 중량% 내지 95 중량%, 및 100 중량% 이하일 수 있다.The total amount of methacrylamide and methacrylonitrile may be 80 wt% to 100 wt%, 90 wt% to 95 wt%, and 100 wt% or less of the ethylenically unsaturated monomer.
메타크릴로니트릴 : 메타크릴아미드의 중량비는 바람직하게는 2.5:1 내지 1:2.5, 특히 1.8:1 내지 1:1.8, 또는 1.5:1 내지 1:1.5이다.The weight ratio of methacrylonitrile: methacrylamide is preferably 2.5: 1 to 1: 2.5, especially 1.8: 1 to 1: 1.8, or 1.5: 1 to 1: 1.5.
에틸렌계 불포화 모노머는, 다이비닐 벤젠, 에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 다이(에틸렌 글리콜) 다이(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 프로필렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 1,4-부탄다이올 다이(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트, 글리세롤 다이(메트)아크릴레이트, 1,3-부탄다이올 다이(메트)아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 1,10-데칸다이올 다이(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 다이펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 트리알릴포르말 트리(메트)아크릴레이트, 알릴 메타크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리부탄다이올 다이(메트)아크릴레이트, PEG #200 다이(메트)아크릴레이트, PEG #400 다이(메트)아크릴레이트, PEG #600 다이(메트)아크릴레이트, 3-아크릴로일옥시글리콜 모노아크릴레이트, 트리아크릴 포르말, 트리알릴 이소시아네이트, 트리알릴 이소시아누레이트 등 중 하나 이상과 같이, 둘 이상의 중합가능한 탄소-탄소 이중 결합을 가진 하나 이상의 가교 모노머를 추가로 포함할 수 있다. 적어도 삼관능성인 가교 모노머가 특히 바람직하며, 이의 예로는 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 다이펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트, 트리알릴포르말 트리(메트)아크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리아크릴 포르말, 트리알릴 이소시아네이트 및 트리알릴 이소시아누레이트를 포함한다. The ethylenically unsaturated monomers include divinyl benzene, ethylene glycol di (meth) acrylate, di (ethylene glycol) di (meth) acrylate, triethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, 1,4-butanediol di (meth) acrylate, 1,6-hexanediol di (meth) acrylate, glycerol di (meth) acrylate, 1,3-butanediol di (meth) acrylate, Neopentyl glycol di (meth) acrylate, 1,10-decanediol di (meth) acrylate, pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa ( Meth) acrylate, triallyl formal tri (meth) acrylate, allyl methacrylate, trimethylol propane tri (meth) acrylate, tributanediol di (meth) acrylate, PEG # 200 di (meth) acrylic Rate, PEG # 400 di (meth) acrylate, PEG # 600 di (meth) acrylate, 3-acryloyloxyglycol monoacrylate, triacrylic formal, triallyl isocyanate, triallyl isocyanurate, etc. As with one or more, one or more crosslinking monomers having two or more polymerizable carbon-carbon double bonds may be further included. Particularly preferred is at least a trifunctional crosslinking monomer, examples of which are pentaerythritol tri (meth) acrylate, pentaerythritol tetra (meth) acrylate, dipentaerythritol hexa (meth) acrylate, triallyl formal tri (Meth) acrylate, trimethylol propane tri (meth) acrylate, triacrylic formal, triallyl isocyanate, and triallyl isocyanurate.
가교 관능성 모노머의 양은 예를 들어, 에틸렌계 불포화 모노머의 0.01 중량% 내지 3 중량%, 0.1 중량% 내지 1 중량%, 또는 0.2 중량% 내지 0.5 중량%일 수 있다.The amount of the crosslinking functional monomer may be, for example, 0.01% to 3%, 0.1% to 1%, or 0.2% to 0.5% by weight of the ethylenically unsaturated monomer.
에틸렌계 불포화 모노머는 카르복실산 모노머를 포함하지 않을 수 있거나, 또는 카르복실산 모노머를 10 중량% 미만으로 포함할 수 있는데, 예를 들어 메타크릴산 또는 아크릴산과 같이 모노머를 포함하는 카르복실산 모노머를 5 중량% 미만 또는 2 중량% 미만으로 포함할 수 있다.The ethylenically unsaturated monomer may or may not include a carboxylic acid monomer, or may contain less than 10% by weight of a carboxylic acid monomer, for example, a carboxylic acid monomer including a monomer such as methacrylic acid or acrylic acid. It may include less than 5% by weight or less than 2% by weight.
메타크릴로니트릴 및 메타크릴아미드 이외의 탄소-탄소 이중 결합을 하나만 가지는 에틸렌계 불포화 모노머가 포함되는 경우, 이의 양은 바람직하게는 0 중량% 내지 10 중량%, 가장 바람직하게는 0 중량% 내지 5 중량%, 또는 0 중량% 내지 2 중량%이다. 포함될 수 있는 모노머의 이러한 다른 종류의 예는, 아크릴로니트릴, α-에톡시아크릴로니트릴, 푸마로니트릴 또는 크로토니트릴과 같은 니트릴-함유 모노머; 비닐 피리딘; 비닐 아세테이트와 같은 비닐 에스테르; 스티렌, 할로겐화된 스티렌 또는 α-메틸 스티렌과 같은 스티렌; 부타다이엔, 이소프렌 및 클로로프렌과 같은 다이엔; 아크릴산, 메타크릴산 및 이의 염과 같은 불포화 카르복실 화합물; 메틸 아크릴레이트 또는 메틸 메타크릴레이트 또는 에틸 아크릴레이트 또는 에틸 메타크릴레이트와 같은 불포화 에스테르; 비닐 클로라이드, 비닐리덴 플루오라이드 및 비닐리덴 클로라이드와 같은 불포화 할로겐화된 화합물, 또는 아크릴아미드, 또는 N-치환된 말레이미드와 같은 기타 불포화 모노머이다.When an ethylenically unsaturated monomer having only one carbon-carbon double bond other than methacrylonitrile and methacrylamide is included, the amount thereof is preferably 0% by weight to 10% by weight, most preferably 0% by weight to 5% by weight %, Or 0% to 2% by weight. Examples of these other types of monomers that may be included include nitrile-containing monomers such as acrylonitrile, α-ethoxyacrylonitrile, fumaronitrile or crotonitrile; Vinyl pyridine; Vinyl esters such as vinyl acetate; Styrenes such as styrene, halogenated styrene or α-methyl styrene; Dienes such as butadiene, isoprene and chloroprene; Unsaturated carboxyl compounds such as acrylic acid, methacrylic acid and salts thereof; Unsaturated esters such as methyl acrylate or methyl methacrylate or ethyl acrylate or ethyl methacrylate; Unsaturated halogenated compounds such as vinyl chloride, vinylidene fluoride and vinylidene chloride, or other unsaturated monomers such as acrylamide, or N-substituted maleimide.
일 구현예에서, 에틸렌계 불포화 모노머는 메타크릴로니트릴 및 메타크릴아미드, 및 2개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 가지는 하나 이상의 가교 모노머로 실질적으로 구성되거나, 또는 구성된다.In one embodiment, the ethylenically unsaturated monomer consists essentially of or consists of methacrylonitrile and methacrylamide, and one or more crosslinking monomers having two or more carbon-carbon double bonds.
통상 이의 유리 전이 온도 (Tg)에 상응하는 폴리머 쉘의 연화점은 바람직하게는 50℃ 내지 250℃, 또는 100℃ 내지 230℃의 범위에 존재한다. The softening point of the polymer shell, which usually corresponds to its glass transition temperature (T g ), is preferably in the range of 50 ° C to 250 ° C, or 100 ° C to 230 ° C.
바람직하게는, 폴리머 쉘은 전체 미소구체의 50 중량% 내지 95 중량% 또는 60 중량% 내지 90 중량%를 구성한다.Preferably, the polymer shell comprises 50% to 95% or 60% to 90% by weight of the total microspheres.
추진제는 통상, 비점이 열가소성 폴리머 쉘의 연화점보다 높지 않은 액체이며, n-펜탄, 이소펜탄, 네오펜탄, 사이클로펜탄, 사이클로헥산, n-부탄, 이소부탄, n-헥산, 이소헥산, 네오헥산, n-헵탄, 이소헵탄, n-옥탄, 이소옥탄, 이소데칸, 이소도데칸 또는 이들의 혼합물과 같은 탄화수소를 포함할 수 있다. 이 외에도, 페트로레움 에테르, 또는 메틸 클로라이드, 메틸렌 클로라이드, 다이클로로에탄, 다이클로로에틸렌, 트리클로로에탄, 트리클로로에틸렌, 트리클로로플루오로메탄, 퍼플루오르화된 탄화수소 등과 같이 염소화되거나 또는 플루오르화된 탄화수소와 같은 다른 탄화수소 유형이 또한 사용될 수 있다. 특히 바람직한 추진제는 이소부탄, 이소펜탄, 이소헥산, 사이클로헥산, 이소옥탄, 이소도데칸 및 이들의 혼합물 중 1종 이상, 바람직하게는 이소옥탄을 포함한다.The propellant is usually a liquid whose boiling point is not higher than the softening point of the thermoplastic polymer shell, n-pentane, isopentane, neopentane, cyclopentane, cyclohexane, n-butane, isobutane, n-hexane, isohexane, neohexane, hydrocarbons such as n-heptane, iso-heptane, n-octane, isooctane, isodecan, isododecane or mixtures thereof. In addition to this, petroleum or fluorinated hydrocarbons such as petroleum ether, or methyl chloride, methylene chloride, dichloroethane, dichloroethylene, trichloroethane, trichloroethylene, trichlorofluoromethane, perfluorinated hydrocarbon, etc. Other hydrocarbon types such as can also be used. Particularly preferred propellants include one or more of isobutane, isopentane, isohexane, cyclohexane, isooctane, isododecane and mixtures thereof, preferably isooctane.
대기압에서 추진제의 비점은 바람직하게는 -20℃ 내지 200℃, 가장 바람직하게는 -20℃ 내지 150℃의 광범위한 범위에 존재할 수 있다. 추진제의 비점 또는 비점 범위 온도는 50℃ 초과, 보다 바람직하게는 60℃ 초과, 가장 바람직하게는 70℃ 초과, 바람직하게는 150℃ 이하여서, 대기압에서 추진제의 50 중량% 이상, 바람직하게는 80 중량% 이상이 증발할 수 있도록 하는 것이 특히 바람직하다. The boiling point of the propellant at atmospheric pressure may preferably be in a wide range of -20 ° C to 200 ° C, most preferably -20 ° C to 150 ° C. The boiling point or boiling range temperature of the propellant is above 50 ° C, more preferably above 60 ° C, most preferably above 70 ° C, preferably below 150 ° C, so that at least 50% by weight of the propellant at atmospheric pressure, preferably 80% by weight It is particularly preferred to allow more than% to evaporate.
일 구현예에서, 추진제는 바람직하게는 이소옥탄을 예를 들어 25 중량% 이상, 50 중량% 이상, 바람직하게는 60 중량% 이상 또는 70 중량% 이상의 양으로 포함하거나, 또는 가능하게는 심지어 실질적으로 이소옥탄으로 구성된다. 추진제는 상기 추진제의 적절한 비점 범위를 제공하는 부탄, 펜탄, 헥산, 헵탄, 석유 증류물, 이소도데칸, 또는 기타 액체 중 1종 이상을 추가로 포함할 수 있다. 이소옥탄과 조합되어 사용되기에 특히 바람직한 탄화수소는 이소부탄, 이소펜탄, 이소헥산, n-펜탄, n-헥산, 페트로레움 에테르, 이소도데칸 및 n-헵탄 중 1종 이상이다. 예를 들어, 이소옥탄은 이소펜탄, 이소도데칸, 또는 이들의 혼합물과 함께 사용될 수 있다.In one embodiment, the propellant preferably comprises isooctane in an amount of at least 25% by weight, at least 50% by weight, preferably at least 60% by weight or at least 70% by weight, or possibly even substantially substantially It is composed of. The propellant may further include one or more of butane, pentane, hexane, heptane, petroleum distillate, isododecane, or other liquids that provide an appropriate boiling range of the propellant. Particularly preferred hydrocarbons for use in combination with isooctane are one or more of isobutane, isopentane, isohexane, n-pentane, n-hexane, petroleum ether, isododecane and n-heptane. For example, isooctane can be used with isopentane, isododecane, or mixtures thereof.
추진제는 예를 들어 미소구체의 총 중량의 5 중량% 내지 50 중량%, 또는 10 중량% 내지 40 중량%를 구성한다.The propellant comprises, for example, 5% to 50%, or 10% to 40% by weight of the total weight of the microspheres.
폴리머 쉘 및 추진제와는 별돌, 미소구체는 이의 제조 동안에 첨가되는 성분을 추가로 포함할 수 있는데, 통상 1 중량% 내지 20 중량%, 바람직하게는 2 중량% 내지 10 중량% 포함할 수 있다. 이러한 성분의 예는, 고형 현탁화제, 예컨대 1종 이상의 실리카, 초크(chalk), 벤토나이트, 콜로이드 클레이(colloidal clay), 붕소 니트라이드, 전분, 검 아가, 개질화된 다당류, 예를 들어 메틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 메틸셀룰로스, 카르복시 메틸셀룰로스, 전분 에테르, 전분 에스테르, 가교된 폴리머, 폴리머 입자, 예를 들어 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리에테르, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트, 및/또는 Al, Ca, Mg, Ba, Fe, Zn, Ni 및 Mn, Ti와 같은 금속의 1종 이상의 염, 옥사이드 또는 하이드록사이드, 예를 들어 칼슘 포스페이트, 칼슘 카르보네이트, 마그네슘 하이드록사이드, 바륨 설페이트, 칼슘 옥살레이트, 티타늄 다이옥사이드, 및 알루미늄, 철, 아연, 니켈 또는 망간의 하이드록사이드 중 1종 이상이다. 이들 고형 현탁화제가 존재하는 경우, 이는 통상 폴리머 쉘의 외부 표면에 주로 위치한다. 그러나, 현탁화제가 미소구체의 제조 동안에 첨가되었더라도, 이는 이후의 단계에서 세정되어 제거될 수 있으며 따라서 최종 산물에는 실질적으로 존재하지 않을 수 있다.Apart from the polymer shell and propellant, the microspheres may further include a component added during its preparation, usually 1 to 20% by weight, preferably 2 to 10% by weight. Examples of such components include solid suspending agents, such as one or more silica, chalk, bentonite, colloidal clay, boron nitride, starch, gum agar, modified polysaccharides such as methyl cellulose, Hydroxypropyl methylcellulose, carboxy methylcellulose, starch ether, starch ester, crosslinked polymers, polymer particles such as polyamide, polycarbonate, polyether, polyethylene, polypropylene, polystyrene, polyacrylate, and / or Or one or more salts of metals such as Al, Ca, Mg, Ba, Fe, Zn, Ni and Mn, Ti, oxides or hydroxides such as calcium phosphate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, barium Sulfate, calcium oxalate, titanium dioxide, and hydroxides of aluminum, iron, zinc, nickel, or manganese. When these solid suspending agents are present, they are usually located mainly on the outer surface of the polymer shell. However, even if a suspending agent is added during the preparation of the microspheres, it can be washed off and removed in a later step and thus may not be substantially present in the final product.
바람직하게는, 조성물의 미소구체는 비교적 높은 Tstart 및 Tmax를 가진다. Tstart는 바람직하게는 130℃ 내지 230℃, 가장 바람직하게는 150℃, 또는 180℃ 내지 200℃이다. Tmax는 바람직하게는 170℃ 내지 270℃, 가장 바람직하게는 200℃ 내지 260℃이다.Preferably, the microspheres of the composition have a relatively high T start and T max . T start is preferably 130 ° C to 230 ° C, most preferably 150 ° C, or 180 ° C to 200 ° C. T max is preferably 170 ° C to 270 ° C, and most preferably 200 ° C to 260 ° C.
팽창성 미소구체는 바람직하게는 습식 샘플 상에서 Malvern Mastersizer 하이드로 2000 SM 장비 상에서 레이저 광산란에 의해 측정되는 바와 같이, 1 ㎛ 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 5 ㎛ 내지 100 ㎛, 가장 바람직하게는 10 ㎛ 내지 70 ㎛의 부피 중앙 직경을 가진다.The expandable microspheres are preferably 1 μm to 500 μm, more preferably 5 μm to 100 μm, most preferably 10 μm to 70, as measured by laser light scattering on a Malvern Mastersizer Hydro 2000 SM instrument on a wet sample. It has a volume median diameter of μm.
본 발명의 추가적인 측면은 전술한 바와 같은 팽창성 열가소성 미소구체의 제조 방법에 관한 것이다. 본 방법은 추진제의 존재 하에 바람직하게는 수성 현탁액에서 전술한 에틸렌계 불포화 모노머를 중합하여, 상기 추진제가 캡슐화된 폴리머 쉘을 포함하는 미소구체를 수득하는 단계를 포함한다. 모노머 및 추진제의 종류와 양에 관하여, 팽창성 미소구체의 상기 설명을 참조로 한다. 제조는 이미 언급한 특허 공개에서 기술된 것과 동일한 원리를 따를 수 있다.A further aspect of the invention relates to a method of making an expandable thermoplastic microsphere as described above. The method comprises polymerizing the aforementioned ethylenically unsaturated monomer in an aqueous suspension, preferably in the presence of a propellant, to obtain a microsphere comprising a polymer shell encapsulated by the propellant. With regard to the types and amounts of monomers and propellants, reference is made to the above description of expandable microspheres. Manufacturing can follow the same principles as described in the patent publication already mentioned.
본 발명의 일 구현예에서, 미소구체는 회분식 공정(batchwise process)으로 제조되며, 그런 다음 중합은 후술하는 바와 같이 반응 용기에서 수행될 수 있다. 모노머상 100부(part)(적절하게는 모노머 및 추진제를 포함하며, 폴리머 쉘 내의 모노머의 비율 및 최종 산물에서 추진제의 양을 결정하는 비율)에 대해, 1종 이상의 중합 개시제, 예를 들어 0.1부 내지 5부, 수성상, 예를 들어 100부 내지 800부, 및 1종 이상의 바람직하게는 고형 콜로이드 현탁화제, 예를 들어 1부 내지 20부가 혼합되고 균질화된다. 수득되는 모노머상의 액적의 크기는 예를 들어, 다양한 현탁화제를 이용하는 모든 유사한 제조 방법에 적용될 수 있는 미국 특허 3615972에 기술된 원리에 따라 최종 팽창성 미소구체의 크기를 결정한다. 온도는 40℃ 내지 90℃, 바람직하게는 50℃ 내지 80℃로 적절하게 유지되는 한편, 적절한 pH는 사용되는 현탁화제에 따라 달라진다. 예를 들어, 높은 pH, 바람직하게는 pH 5 내지 12, 가장 바람직하게는 pH 6 내지 10은, 현탁화제가 Ca, Mg, Ba, Zn, Ni 및 Mn과 같은 금속의 염, 옥사이드, 또는 하이드록사이드, 예를 들어 아연, 니켈, 또는 망간의 칼슘 포스페이트, 칼슘 카르보네이트, 마그네슘 하이드록사이드, 마그네슘 옥사이드, 바륨 설페이트, 칼슘 옥살레이트, 및 하이드록사이드 중 1종 이상으로부터 선택되는 경우, 적절하다. 낮은 pH, 바람직하게는 pH 1 내지 6, 가장 바람직하게는 pH 3 내지 5는, 현탁화제가 전분, 메틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 메틸셀룰로스, 하이드록시프로필 메틸셀룰로스, 카르복시 메틸셀룰로스, 검 아가, 실리카, 콜로이드 클레이(colloidal clay), 또는 알루미늄 또는 철의 옥사이드 또는 하이드록사이드로부터 선택되는 경우, 적절하다. 상기 제제 중 각각 하나는 예를 들어, 용해도 데이터에 따라, 서로 다른 최적의 pH를 가진다.In one embodiment of the invention, the microspheres are prepared in a batchwise process, and then polymerization can be performed in a reaction vessel as described below. For 100 parts of the monomer phase (suitably comprising monomers and propellants, the proportion of monomers in the polymer shell and the proportion determining the amount of propellant in the final product), one or more polymerization initiators, for example 0.1 parts To 5 parts, aqueous phase, for example 100 parts to 800 parts, and one or more preferably solid colloid suspending agents, for example 1 part to 20 parts, are mixed and homogenized. The size of the droplets on the monomers obtained determines the size of the final expandable microspheres according to the principles described in US Pat. No. 3615972, which can be applied to all similar manufacturing methods using various suspending agents, for example. The temperature is suitably maintained at 40 ° C to 90 ° C, preferably 50 ° C to 80 ° C, while the appropriate pH is dependent on the suspending agent used. For example, a high pH, preferably pH 5 to 12, most preferably pH 6 to 10, is a salt, oxide, or hydroxyl of a metal such that the suspending agent is Ca, Mg, Ba, Zn, Ni and Mn. Suitable when selected from one or more of side, such as zinc, nickel, or manganese calcium phosphate, calcium carbonate, magnesium hydroxide, magnesium oxide, barium sulfate, calcium oxalate, and hydroxide . Low pH, preferably pH 1 to 6, most preferably pH 3 to 5, the suspending agent is starch, methyl cellulose, hydroxypropyl methylcellulose, hydroxypropyl methylcellulose, carboxy methylcellulose, gum agar, silica, Colloidal clay, or an oxide or hydroxide of aluminum or iron, is suitable. Each one of the above formulations has a different optimal pH, for example, depending on the solubility data.
현탁화제의 효과를 증강시키기 위해, 1종 이상의 촉진제를 소량, 예를 들어 0.001 중량% 내지 1 중량%로 첨가하는 것이 또한 가능하다. 통상, 이러한 촉진제는 유기 물질이며, 예를 들어, 수용성 설폰화된 폴리스티렌, 알기네이트, 카르복시메틸셀룰로스, 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드 또는 클로라이드 또는 수용성 복합체 수지성 아민 축합 산물, 예컨대 다이에탄올아민과 아디프산의 수용성 축합 산물, 에틸렌 옥사이드, 우레아와 포름알데하이드의 수용성 축합 산물, 폴리에렌이민, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐아민, 양쪽성(amphoteric) 물질, 예컨대 단백질성 물질(proteinaceous), 젤라틴, 글루(glue), 카제인, 알부민, 글루틴 등, 메톡시셀룰로스와 같은 비-이온성 물질, 비누, 알킬 설페이트 및 설포네이트 및 장쇄 4차 암모늄 화합물과 같이 통상 유화제로서 분류되는 이온성 물질 중 1종 이상으로부터 선택될 수 있다.To enhance the effect of the suspending agent, it is also possible to add one or more accelerators in small amounts, for example from 0.001% to 1% by weight. Typically, these accelerators are organic substances, for example, water-soluble sulfonated polystyrene, alginate, carboxymethylcellulose, tetramethyl ammonium hydroxide or chloride or water-soluble complex resinous amine condensation products such as diethanolamine and adiph Water-soluble condensation products of acids, ethylene oxide, water-soluble condensation products of urea and formaldehyde, polyereneimines, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, polyvinylamine, amphoteric substances, such as proteinaceous Non-ionic substances such as methoxycellulose, soaps, alkyl sulfates and sulfonates, and long chain quaternary ammonium compounds, ionic substances classified as emulsifiers, such as, gelatin, glue, casein, albumin, glutin, etc. It may be selected from one or more of.
통상적인 라디칼 중합이 이용될 수 있으며, 개시제는 적절하게는 다이알킬 퍼옥사이드, 다이아실 퍼옥사이드, 퍼옥시 에스테르, 퍼옥시 다이카르보네이트, 또는 아조 화합물과 같은 유기 퍼옥사이드 중 1종 이상으로부터 선택된다. 적절한 개시제로는, 다이세틸 퍼옥시다이카르보네이트, 다이(4-tert-부틸사이클로헥실) 퍼옥시다이카르보네이트, 다이옥타노일 퍼옥사이드, 다이벤조일 퍼옥사이드, 다이라우로일 퍼옥사이드, 다이데카노일 퍼옥사이드, tert-부틸 퍼아세테이트, tert-부틸 퍼라우레이트, tert-부틸 퍼벤조에이트, tert-부틸 하이드로퍼옥사이드, 쿠멘 하이드로퍼옥사이드, 쿠멘 에틸퍼옥사이드, 다이이소프로필하이드록시 다이카르복실레이트, 2,2'-아조비스(2,4-다이메틸 발레로니트릴), 2,2'-아조비스(이소부티로니트릴), 1,1'-아조비스(사이클로헥산-1-카르보니트릴), 다이메틸 2,2'-아조비스(2-메틸프로피오네이트), 2,2'-아조비스[2-메틸-N-(2-하이드록시에틸)-프로피온아미드] 등을 포함한다. 고 에너지 이온화 방사선과 같은 방사선을 이용해 중합을 개시하는 것이 또한 가능하다.Conventional radical polymerization can be used, and the initiator is suitably selected from one or more of organic peroxides such as dialkyl peroxides, diacyl peroxides, peroxy esters, peroxy dicarbonates, or azo compounds. do. Suitable initiators include dicetyl peroxydicarbonate, di (4-tert-butylcyclohexyl) peroxydicarbonate, dioctanoyl peroxide, dibenzoyl peroxide, dilauroyl peroxide, di Decanoyl peroxide, tert-butyl peracetate, tert-butyl perlaurate, tert-butyl perbenzoate, tert-butyl hydroperoxide, cumene hydroperoxide, cumene ethyl peroxide, diisopropylhydroxy dicarboxyl Rate, 2,2'-azobis (2,4-dimethyl valeronitrile), 2,2'-azobis (isobutyronitrile), 1,1'-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile ), Dimethyl 2,2'-azobis (2-methylpropionate), 2,2'-azobis [2-methyl-N- (2-hydroxyethyl) -propionamide] and the like. It is also possible to initiate polymerization using radiation such as high energy ionizing radiation.
중합이 본질적으로 완료되는 경우, 미소구체는 통상 수성 슬러리 또는 분산액으로서 수득되며, 이는 그 자체로 사용될 수 있거나, 또는 층 여과(bed filtering), 필터 프레싱(filter pressing), 리프 여과(leaf filtering), 회전 여과(rotary filtering), 벨트 여과(belt filtering) 또는 원심분리와 같은 임의의 통상적인 수단에 의해 탈수되어, 소위 습식 케이크가 수득될 수 있다. 그러나, 미소구체를, 분무 건조(spray drying), 쉘프 건조(shelf drying), 터널 건조(tunnel drying), 회전 건조(rotary drying), 드럼 건조(drum drying), 통풍 건조(pneumatic drying), 터보 쉘프 건조(turbo shelf drying), 디스크 건조(disc drying), 또는 유동층-건조(fluidised bed-drying)와 같은 임의의 통상적인 수단에 의해 건조할 수도 있다.When polymerization is essentially complete, microspheres are usually obtained as aqueous slurries or dispersions, which can be used by themselves, or bed filtering, filter pressing, leaf filtering, Dehydrated by any conventional means such as rotary filtering, belt filtering or centrifugation, so-called wet cakes can be obtained. However, the microspheres are spray dried, shelf drying, tunnel drying, rotary drying, drum drying, pneumatic drying, and turbo shelf. Drying may be by any conventional means, such as turbo shelf drying, disc drying, or fluidized bed-drying.
적절한 경우, 미소구체는 예를 들어 이전에 언급된 WO 2004/072160 또는 US 4287308에 기술된 절차 중 임의의 절차에 의해 잔여 미반응 모노머의 양을 줄이기 위해 임의의 단계에서 처리될 수 있다.Where appropriate, microspheres can be treated at any stage to reduce the amount of unreacted monomer remaining by any of the procedures described in WO 2004/072160 or US 4287308 mentioned previously, for example.
본 발명의 미소구체는 다양한 적용에서 예컨대 사출 성형 또는 압출 성형에서 열가소성 물질, 특히 고 용융 열가소성 물질에 대한 발포제로서 유용하다.The microspheres of the present invention are useful in a variety of applications, such as injection molding or extrusion molding, as blowing agents for thermoplastics, especially high melt thermoplastics.
본 발명의 일 측면은, 상기 개시한 바와 같이 팽창성 미소구체를 예를 들어 미팽창된 미소구체의 직경보다 2배 내지 5배 더 큰 입자 직경으로 팽창시킴으로써 수득되는 팽창된 미소구체에 관한 것이다. 팽창은 팽창성 미소구체를 Tstart보다 높은 온도로 가열함으로써 시행된다. 온도 상한은, 미소구체가 붕괴하기 시작할 때까지로 설정되며, 폴리머 쉘 및 추진제의 정확한 조성에 따라 다르다. 대부분의 경우, 100℃ 내지 250℃의 온도가 적절하다. 팽창된 미소구체의 밀도는 가열 온도 및 가열 시간을 선택함으로써 조절될 수 있다. 팽창은 예를 들어, EP 0348372, WO 2004/056549, 또는 WO 2006/009643에 기술된 바와 같은 임의의 적절한 장비에서 임의의 적절한 가열 수단으로 시행될 수 있다. One aspect of the present invention relates to an expanded microsphere obtained by expanding an expandable microsphere as described above, for example, to a particle diameter of 2 to 5 times larger than the diameter of an unexpanded microsphere. Expansion is effected by heating the expandable microspheres to a temperature above T start . The upper temperature limit is set until the microspheres begin to decay, depending on the exact composition of the polymer shell and propellant. In most cases, temperatures between 100 ° C and 250 ° C are suitable. The density of the expanded microspheres can be controlled by selecting the heating temperature and heating time. The expansion can be effected with any suitable heating means in any suitable equipment, for example as described in EP 0348372, WO 2004/056549, or WO 2006/009643.
본 발명의 특정 측면은, 열가소성 폴리머 매트릭스 및 팽창성 미소구체를 포함하는 팽창성 제형에서 전술한 바와 같은 팽창성 미소구체의 용도에 관한 것이다. 제형은 선택적으로는 착색제, 안정화제, 보강제 등과 같은 1종 이상의 첨가제를 추가로 포함한다. 팽창성 제형의 예로는, 사출 성형, 압출, 중공 성형(blow moulding), 회전 성형(rotational moulding), 열성형 등에서 사용하기 위한 성형성 복합 시트(mouldable composite sheet) 및 화합물을 포함한다. 팽창성 미소구체의 양은 바람직하게는 0.5 중량% 내지 15 중량% 또는 1 중량% 내지 5 중량%이다. 폴리머 매트릭스는 예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 열가소성 폴리우레탄, 폴리아미드, 폴리카르보네이트, 폴리메틸 메타크릴레이트, 아크릴로니트릴-부타다이엔-스티렌 코폴리머, 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 코폴리머, 스티렌-부타다이엔-스티렌 코폴리머, 폴리비닐 클로라이드, 에틸렌-비닐아세테이트 코폴리머 또는 이의 코폴리머, 또는 용융점이 유사한 또 다른 폴리머를 포함한다.Certain aspects of the invention relate to the use of expandable microspheres as described above in expandable formulations comprising a thermoplastic polymer matrix and expandable microspheres. The formulation optionally further comprises one or more additives such as colorants, stabilizers, adjuvants, and the like. Examples of expandable formulations include moldable composite sheets and compounds for use in injection molding, extrusion, blow molding, rotational molding, thermoforming, and the like. The amount of expandable microspheres is preferably 0.5% to 15% by weight or 1% to 5% by weight. The polymer matrix is, for example, polypropylene, polystyrene, polyethylene, thermoplastic polyurethane, polyamide, polycarbonate, polymethyl methacrylate, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer, styrene-ethylene-butylene -Styrene copolymers, styrene-butadiene-styrene copolymers, polyvinyl chloride, ethylene-vinyl acetate copolymers or copolymers thereof, or another polymer having a similar melting point.
본 발명은 또한, 열가소성 폴리머 매트릭스 및 전술한 바와 같은 팽창성 미소구체 및 전술한 바와 같은 선택적인 추가의 첨가제를 포함하는 전술한 바와 같은 팽창성 제형에 관한 것이기도 하다.The invention also relates to an expandable formulation as described above comprising a thermoplastic polymer matrix and an expandable microsphere as described above and optional additional additives as described above.
더욱이, 본 발명은, 열가소성 폴리머 매트릭스 및 전술한 바와 같은 팽창성 미소구체 및 전술한 바와 같은 선택적인 추가의 첨가제를, 폴리머의 용융점보다 높지만 미소구체의 팽창 온도(Tstart)보다 낮은 온도에서 혼합하는 단계를 포함하는, 이의 제조 방법에 관한 것이다.Moreover, the present invention comprises the steps of mixing the thermoplastic polymer matrix and the expandable microspheres as described above and optional additional additives as described above at a temperature above the melting point of the polymer but below the expansion temperature (T start ) of the microspheres. It relates to a manufacturing method, including.
실시예Example
본 발명은 하기의 실시예와 함께 추가로 기술될 것이지만, 이는 본 발명의 범위를 제한하려는 것으로 해석되어서는 안 된다. 다르게 명시되지 않는 한, 모든 부(part) 및 백분율은 중량부 및 중량%를 지칭한다.The invention will be further described in conjunction with the following examples, but it should not be construed as limiting the scope of the invention. Unless otherwise specified, all parts and percentages refer to parts by weight and% by weight.
미소구체의 팽창성은 20℃/분의 가열 속도 및 0.06 N의 로드(load)(net.)를 이용해 Mettler Toledo TMA/SDTA 841e에서 평가하였다. Tstart는 팽창이 시작되는 온도이며, Tmax는 최대 팽창에 도달하는 온도이며, Dmin은 Tmax에서의 미소구체의 밀도이고, △T1 /2은 열기계적 분석 곡선(TMA 곡선)의 높이 절반에서의 폭이며, 상기 곡선은 미소구체의 팽창으로 인한 프로브(probe) 변위를 온도에 대해 도표화한 것이다. △T1/2의 수가 클수록, 팽창 범위는 더 넓어진다. F300은 300℃에서의 팽창을 최대 팽창으로 나눈 비율로서, 예를 들어, F300이 50%인 경우, 최대 팽창 부피의 절반이 300℃에서 도달되거나 또는 유지된다. 내열성은 250℃ 및 0.06 N의 로드(net.)에서 등온적으로 추가로 평가하였다. 가열은 20℃/분의 속도로 230℃까지, 10℃/분의 속도로 240℃까지, 및 5℃/분의 속도로 250℃까지 수행하였으며, 이후 온도는 250℃에서 1시간 동안 유지시켰다. 내열성은 팽창된 미소구체의 부피 체류율로서 정의되며, 250℃에서 0분, 15분, 30분, 45분 및 60분 후의 팽창을 분석 동안 도달되는 최대 팽창으로 나눈 비율로서 제시된다.The expandability of the microspheres was evaluated in Mettler Toledo TMA / SDTA 841 e using a heating rate of 20 ° C./min and a load of 0.06 N (net.). T start is the temperature at which the expansion starts, T max is the temperature to reach a maximum of expansion, D min is the density of the microspheres in T max, △ T 1/2 is the column height of the mechanical analysis curve (TMA curve) The width at half, the curve is a plot of probe displacement over temperature due to expansion of the microspheres. The larger the number of ΔT 1/2, the wider the expansion range. F 300 is the ratio of the expansion at 300 ° C. divided by the maximum expansion, for example, when F 300 is 50%, half of the maximum expansion volume is reached or maintained at 300 ° C. Heat resistance was further evaluated isothermally at 250 ° C. and 0.06 N rod (net.). Heating was performed to 230 ° C at a rate of 20 ° C / min, to 240 ° C at a rate of 10 ° C / min, and to 250 ° C at a rate of 5 ° C / min, after which the temperature was maintained at 250 ° C for 1 hour. Heat resistance is defined as the volume retention of expanded microspheres and is presented as the ratio of the expansion after 0, 15, 30, 45, and 60 minutes at 250 ° C. divided by the maximum expansion reached during the analysis.
입자 크기 및 입자 분포는 습식 샘플 상에서 Malvern Mastersizer Hydro 2000 SM 장비에서 레이저 광산란에 의해 측정하였다. 입자 크기는 부피 중앙 직경 D(0.5)으로 제시된다.Particle size and particle distribution were measured by laser light scattering on a Malvern Mastersizer Hydro 2000 SM instrument on a wet sample. The particle size is given by the volume median diameter D (0.5).
추진제의 양은 Mettler Toledo TGA/SDTA851e에서 열 중량 분석(thermal gravimetric analysis; TGA)에 의해 측정하였다. 모든 샘플은 건조한 후 분석하여, 가능한 한 많은 수분을 제거하며 잔여 모노머가 존재하는 경우 이 또한 제거한다. 분석은 30℃에서 시작하여 20℃/분의 가열 속도로 질소 분위기 하에 수행하였다. 일부 경우, 추진제의 손실로 인한 중량 손실과, 폴리머의 분해로 인한 중량 손실 간을 분별하는 것이 어렵기 때문에, 추진제의 양을 정확하게 측정하는 것은 어려웠다.The amount of propellant was determined by thermal gravimetric analysis (TGA) in Mettler Toledo TGA / SDTA851 e . All samples are analyzed after drying to remove as much moisture as possible and, if any, residual monomer is also removed. The analysis was performed under nitrogen atmosphere at a heating rate of 20 ° C / min starting at 30 ° C. In some cases, it has been difficult to accurately measure the amount of propellant because it is difficult to discriminate between weight loss due to loss of propellant and weight loss due to degradation of the polymer.
실시예Example 1 One
수중에 Mg(OH)2-안정화된 유기 액적을 포함하는 반응 혼합물은, 상들을 혼합한 후 적절한 액적 크기가 달성될 때까지 격렬하게 교반함으로써 제조하였다. 물 분산액은 Mg(OH)2 4.9부 및 물 370부를 포함하였다. 유기 액적은 다이라우로일퍼옥사이드 2부, 이소옥탄 25부, 메타크릴로니트릴 50부, 메타크릴아미드 50부, 및 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 0.4부를 포함하였다. 중합은 진탕 하에 밀봉된 반응기에서 62℃에서 11시간 동안, 후속해서 80℃에서 4시간 동안 수행하였다. 실온으로 냉각시킨 후, 수득된 미소구체 슬러리의 샘플을 제거하여, 입자 크기 분포를 측정하였다. 여과, 세정 및 건조 후, 입자는 TMA로 분석하였다. 건조 입자는 이소옥탄을 약 31 중량%로 포함하였으며, 중앙 입자 크기는 약 51 ㎛였다. TMA-결과는 표 1에서 확인한다.A reaction mixture comprising Mg (OH) 2 -stabilized organic droplets in water was prepared by mixing the phases and vigorously stirring until proper droplet size was achieved. The water dispersion contained 4.9 parts of Mg (OH) 2 and 370 parts of water. The organic droplet contained 2 parts of dilauroyl peroxide, 25 parts of isooctane, 50 parts of methacrylonitrile, 50 parts of methacrylamide, and 0.4 parts of trimethylolpropane trimethacrylate. The polymerization was carried out in a sealed reactor under agitation at 62 ° C for 11 hours, followed by 80 ° C for 4 hours. After cooling to room temperature, the sample of the obtained microsphere slurry was removed to measure the particle size distribution. After filtration, washing and drying, the particles were analyzed by TMA. The dry particles contained about 31% by weight of isooctane, and the median particle size was about 51 μm. The TMA-results are confirmed in Table 1.
실시예Example 2 내지 11 2 to 11
미소구체는 실시예 1에서 수행한 복수의 중합 실험에서 제조하되, 일관능성 모노머 (즉, 탄소-탄소 이중 결합을 하나만 가지는 것들)는 표 1에 따라 첨가하였다. 중합은 실시예 1에서와 같이 수행하되, 실시예 2의 경우 중합은 62℃에서 20시간 동안 수행하였다. 분석 결과는 표 1에서 확인할 수 있다.Microspheres were prepared in a plurality of polymerization experiments performed in Example 1, but monofunctional monomers (i.e., those having only one carbon-carbon double bond) were added according to Table 1. The polymerization was carried out as in Example 1, but in the case of Example 2, the polymerization was performed at 62 ° C for 20 hours. Table 1 shows the results of the analysis.
(부(p(Part (p
ratesrates
))))
(부)(part)
(㎛)(㎛)
(중량%)(weight%)
a) M1은 실시예 1 및 3 내지 11에서 메타크릴로니트릴 (MAN)이며, 실시예 2에서 아크릴로니트릴 (AN)이며, b) M2는 실시예 1, 2 및 7 내지 11에서 메타크릴아미드 (MAAM)이며, 실시예 3에서 아크릴아미드이며, 실시예 4에서 N-(하이드록시메틸)-아크릴아미드이며, 실시예 5에서 N,N-다이메틸아크릴아미드이고, 실시예 6에서 N-(3-(다이메틸아미노)프로필)-메타크릴아미드이다.a) M1 is methacrylonitrile (MAN) in Examples 1 and 3 to 11, acrylonitrile (AN) in Example 2, and b) M2 is methacrylamide in Examples 1, 2 and 7 to 11. and (MAAM), and acrylamide in example 3, N in examples 4 - (hydroxymethyl) - and acryl amide, N, N in example 5-a-dimethyl acrylamide, N in examples 6 - ( 3- (dimethylamino) propyl) -methacrylamide.
표 1에서, 높은 Tstart, 광범위한 팽창 범위, 및 300℃에서의 우수한 부피 체류율을 가진 열 팽창성 미소구체를 메타크릴로니트릴 및 메타크릴아미드를 일관능성 모노머로서 사용한 경우 달성할 수 있으며, 한편, 비교예 2 내지 7의 미소구체는 팽창되지 않거나 또는 불량하게 팽창하는 것을 확인할 수 있다. In Table 1, it can be achieved when a thermally expandable microsphere having a high T start , a wide expansion range, and an excellent volume retention at 300 ° C. is used as methacrylonitrile and methacrylamide as a monofunctional monomer. It can be seen that the microspheres of Comparative Examples 2 to 7 do not expand or expand poorly.
실시예Example 12 내지 16 12 to 16
미소구체는 실시예 1에서 수행한 복수의 중합 실험에서 제조하되, 추진제는 표 2에 따라 첨가하였다. 분석 결과는 표 2에서 확인할 수 있다.Microspheres were prepared in a plurality of polymerization experiments performed in Example 1, but propellants were added according to Table 2. Table 2 shows the results of the analysis.
(부)(part)
(㎛)(㎛)
(중량%)(weight%)
a) 사용되는 상이한 추진제는 이소펜탄 (IP), 이소옥탄 (IO), 및 이소도데칸 (ID)이다. b) 실험에 사용되는 추진제의 총 중량은 동일하다.a) The different propellants used are isopentane (IP), isooctane (IO), and isododecane (ID). b) The total weight of the propellant used in the experiment is the same.
표 2에서, 높은 Tstart, 광범위한 팽창 범위, 및 300℃에서의 우수한 부피 체류율을 가진 열 팽창성 미소구체를 다양한 탄화수소 화합물을 추진제로서 사용한 경우 달성되었음을 확인할 수 있다.In Table 2, it can be seen that thermal expansion expandable microspheres with high T start , wide expansion range, and excellent volume retention at 300 ° C. were achieved when various hydrocarbon compounds were used as propellants.
실시예Example 17 내지 28 17 to 28
미소구체는 실시예 1에서 수행한 복수의 중합 실험에서 제조하되, 일관능성 모노머는 표 3에 따라 첨가하였다. 또한, 실시예 21에서, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트 0.5부를 사용하였다. 중합은 실시예 1에서와 같이 수행하되, 실시예 21의 경우 중합은 62℃에서 20시간 동안 수행하였다. 분석 결과는 표 3에서 확인할 수 있다.Microspheres were prepared in a plurality of polymerization experiments performed in Example 1, but the monofunctional monomer was added according to Table 3. In addition, in Example 21, 0.5 part of trimethylolpropane trimethacrylate was used. The polymerization was carried out as in Example 1, but in the case of Example 21, the polymerization was performed at 62 ° C for 20 hours. Table 3 shows the results of the analysis.
(부)(part)
(㎛)(㎛)
(중량%)(weight%)
a) AN = 아크릴로니트릴, MA = 메틸 아크릴레이트, MMA = 메틸 메타크릴레이트, VDC = 비닐리덴 클로라이드. b) 분석되지 않는 경우, 샘플은 220℃에서 이미 그의 팽창을 상실하였다.a) AN = acrylonitrile, MA = methyl acrylate, MMA = methyl methacrylate, VDC = vinylidene chloride. b) If not analyzed, the sample has already lost its swelling at 220 ° C.
표 3에서, 메타크릴로니트릴 및 메타크릴아미드로부터 코폴리머 쉘을 가진 미소구체에서 광범위한 팽창 범위 및 300℃에서의 우수한 부피 체류율은 다른 일관능성 모노머의 첨가에 의해 악영향을 받는 것으로 확인할 수 있다.In Table 3, it can be seen that the broad expansion range and excellent volume retention at 300 ° C. in microspheres having copolymer shells from methacrylonitrile and methacrylamide are adversely affected by the addition of other monofunctional monomers.
실시예Example 29 ( 29 ( EPEP 1577359의 개시내용을 나타냄) 1577359)
미소구체는 실시예 1에서와 같이 제조하되, 모노머 및 추진제의 경우, Mg(OH)2 대신에 실리카 물 분산액을 사용함으로써 유기 액적을 안정화시켰다. 유기 액적은 다이라우로일퍼옥사이드 0.8부, 이소헥산 13부, 이소옥탄 13부, 아크릴로니트릴 40부, 메타크릴로니트릴 23부, 메타크릴산 30부, 메타크릴아미드 3.5부, 스티렌 3.5부 및 다이에틸렌글리콜 다이메타크릴레이트 0.2부로 구성되었다. 물 분산액은 물 244부, 1 M NaOH 10부, 10% 아세트산 17부, Cr(NO3)3 0.3부, 40% 콜로이드 실리카 10부, 다이에탄올아민과 아디프산의 축합 산물 0.9부, 아스코르브산 1.5부 및 Na2SO4 7부를 혼합함으로써 제조하였다. 중합은 70℃에서 20시간 동안 수행하였다. 분석 결과는 표 4에서 확인할 수 있다.Microspheres were prepared as in Example 1, but in the case of monomers and propellants, organic droplets were stabilized by using a silica water dispersion instead of Mg (OH) 2 . Organic droplets are 0.8 parts of dilauroyl peroxide, 13 parts of isohexane, 13 parts of isooctane, 40 parts of acrylonitrile, 23 parts of methacrylonitrile, 30 parts of methacrylic acid, 3.5 parts of methacrylamide, 3.5 parts of styrene and die It consisted of 0.2 parts of ethylene glycol dimethacrylate. The water dispersion is 244 parts of water, 10 parts of 1 M NaOH, 17 parts of 10% acetic acid, 0.3 parts of Cr (NO 3 ) 3 , 10 parts of 40% colloidal silica, 0.9 parts of condensation product of diethanolamine and adipic acid, ascorbic acid 1.5 parts and Na 2 SO 4 It was prepared by mixing 7 parts. Polymerization was carried out at 70 ° C for 20 hours. The analysis results can be found in Table 4.
실시예Example 30 ( 30 ( EPEP 1964903의 개시내용을 나타냄) 1964903)
미소구체는 실시예 29에서와 같이 제조하되, 유기 액적은 메타크릴로니트릴 54부, 메타크릴산 46부, 이소옥탄 30부 및 다이라우로일퍼옥사이드 2.4부로 이루어졌다. 중합은 60℃에서 15시간 동안, 후속해서 70℃에서 9시간 동안 수행하였다. 분석 결과는 표 4에서 확인할 수 있다.Microspheres were prepared as in Example 29, but the organic droplets consisted of 54 parts of methacrylonitrile, 46 parts of methacrylic acid, 30 parts of isooctane and 2.4 parts of dilauroyl peroxide. Polymerization was carried out at 60 ° C for 15 hours, followed by 70 ° C for 9 hours. The analysis results can be found in Table 4.
실시예Example 31 ( 31 ( EPEP 1964903의 개시내용을 나타냄) 1964903)
미소구체는 실시예 30에서와 같이 제조하되, 모노머는 메타크릴로니트릴 64부 및 메타크릴산 36부로 구성되었다. 분석 결과는 표 4에서 확인할 수 있다.Microspheres were prepared as in Example 30, but the monomer consisted of 64 parts of methacrylonitrile and 36 parts of methacrylic acid. The analysis results can be found in Table 4.
(㎛)(㎛)
(중량%)(weight%)
내열성 Heat resistance
표 5에서, 메타크릴로니트릴 및 메타크릴아미드 유래의 코폴리머 쉘을 가진 본 발명 (실시예 1 및 9)에 따른 미소구체는 선행 기술에 따른 실시예 (실시예 29 내지 31)와 비교해 250℃에서 1시간 동안 가열된 후에도 우수한 부피 체류율을 가지는 것으로 확인할 수 있다.In Table 5, the microspheres according to the invention (Examples 1 and 9) with copolymer shells derived from methacrylonitrile and methacrylamide are 250 ° C. compared to Examples according to the prior art (Examples 29 to 31). It can be seen that it has an excellent volume retention rate even after being heated for 1 hour.
Claims (16)
상기 에틸렌계 불포화 모노머는
메타크릴아미드 21 중량% 내지 80 중량%,
메타크릴로니트릴 20 중량% 내지 70 중량%, 및
탄소-탄소 이중결합을 하나만 갖는 다른 에틸렌계 불포화 모노머 5중량% 이하
를 포함하고,
상기 메타크릴아미드 및 메타크릴로니트릴의 총량은 상기 에틸렌계 불포화 모노머의 70 중량% 내지 100 중량%인, 열 팽창성 열가소성 미소구체.A thermally expandable thermoplastic microsphere comprising a polymer shell made from an ethylenically unsaturated monomer encapsulated with a propellant,
The ethylenically unsaturated monomer
Methacrylamide 21% to 80% by weight,
20 to 70% by weight of methacrylonitrile, and
5% by weight or less of another ethylenically unsaturated monomer having only one carbon-carbon double bond
Including,
The total amount of the methacrylamide and methacrylonitrile is 70 to 100% by weight of the ethylenically unsaturated monomer, thermally expandable thermoplastic microspheres.
를 포함하는, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 열 팽창성 미소구체의 제조 방법.Polymerizing an ethylenically unsaturated monomer in the presence of a propellant to obtain a microsphere comprising a polymer shell encapsulated by the propellant
A method for producing a thermally expandable microsphere according to any one of claims 1 to 5, comprising:
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